CN204189378U - 一种采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，包括热源、相变热柱、气缸、活塞、支柱和飞轮组件；所述相变热柱的底端为热端且与所述热源接触，相变热柱的顶端为冷端且与气缸的下表面相连；气缸包括交换气缸和动力气缸，交换气缸的内部分隔为上端的热气室和下端的冷气室，所述冷气室和热气室之间具有用于传热介质通过的间隙，动力气缸的内部设有动力活塞，动力活塞与动力气缸的内壁紧密贴合；所述飞轮组件包括支柱、飞轮轴、交换曲轴、动力曲轴和飞轮；飞轮轴的两端分别装配于两根支柱上端的侧孔内，交换曲轴和动力曲轴固定安装于飞轮轴上，飞轮安装于飞轮轴的中心，且位于交换曲轴和动力曲轴之间。

Description

一种采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型

技术领域

本实用新型涉及斯特林发电机模型领域，具体地说，特别涉及到一种采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型。

背景技术

斯特林发动机是英国牧师Robert Stirling于1816年发明的，其是独特的热机，它实际上的效率几乎等于温度上下限相同的卡诺循环。这是一种外燃发动机，燃料在燃烧室内连续地燃烧，独立于燃料的工质(惰性气体)通过加热器吸热，膨胀工质作为动力气体使活塞运动，工质在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。由于其避免了传统内燃机的震爆做功问题，从而实现了高效率、低噪音、低污染和低运行成本，并且其出力和效率不受海拔高度影响，最大的优点是其可以适用于各种能源。它曾经在工业上取得一些成功，但随着廉价的电动马达的来临和内燃机的发展而受到冷落。随着全球能源与环保的形势日趋严峻，斯特林发动机由于其具有多种能源的广泛适应性和优良的环境特性已越来越受到重视，尤其是随着载热系统的发展，其逐渐应用于太阳能热发电、工业余热发电和低温差发电等热能的利用中。

热管技术是1963年美国科学家乔治格罗佛发明的一种传热元件。它充分利用介质的液气相变过程，将热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力，其广泛应用于航空、军工等行业。我公司在此基础上研发了热柱，其驱动温度可低于30度左右，具有极高的轴向导热性能，并且热流方向可逆，广泛应用于各种日常电子和灯具的散热中。作为一种高效载热系统，正在研制其应用于低温差热发电过程中。

中国专利公开了一种低温差斯特林发动机模型(授权公告号：CN202795860U)，其包括设置在下方的第一气缸，以及与第一气缸内部连通的第二气缸；第一气缸的上侧面上设置有由支柱支撑的飞轮，飞轮的两侧分别连接有第一曲柄和第二曲柄，飞轮中心处设置的飞轮轴两端分别连接在第一曲柄和第二曲柄的圆心处；下端与第一气缸内的第一活塞连接的第一连杆上端连接在第一曲柄非圆心处设置的第一曲柄轴上，下端与第二气缸内的第二活塞连接的第二连杆上端连接在第二曲柄非圆心处设置的第二曲柄轴上。中国专利公开了一种低温差磁连斯特林发动机模型(授权公告号：CN203552584U)，其包括热气缸，移气活塞，两个磁铁，动力气缸，动力活塞，飞轮支柱，飞轮轴，飞轮，曲轴，连杆，移气活塞中心有磁铁置于热气缸内，利用磁力技术代替移气轴和连杆的运动，单连杆传动减少机械摩擦阻力和机械密封问题。但是这两种模型没有较好的载热系统，不能较好地利用工业余热等低品质的热能来发电。

热学是一门比较古老的学科，在现代教学过程中，需要制备热学模型来演示热力学第一定律、第二定律，气体状态变化与温度、做功的联系，卡诺循环以及斯特林热机的工作原理和工作过程，同时还需要把现代工程生产过程中的先进技术及前沿问题展示给学生，比如强化传热的热管技术，太阳能及工业余热的利用及环保问题等等。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，以解决上述问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，包括热源、相变热柱、气缸、活塞、支柱和飞轮组件；所述相变热柱的底端为热端且与所述热源接触，相变热柱的顶端为冷端且与气缸的下表面相连；

所述气缸包括彼此连通的交换气缸和动力气缸，交换气缸的内部设有交换活塞，且通过所述交换活塞将交换气缸分隔为上端的热气室和下端的冷气室，所述冷气室和热气室之间具有用于传热介质通过的间隙；在交换气缸上端面的偏一侧处安装有动力气缸，动力气缸的内部设有动力活塞，所述动力活塞与动力气缸的内壁紧密贴合；

所述飞轮组件包括两根支柱、飞轮轴、交换曲轴、动力曲轴和飞轮；所述支柱设置于交换气缸的顶面、飞轮轴的两端分别装配于两根支柱上端的侧孔内，交换曲轴和动力曲轴固定安装于飞轮轴上，所述飞轮安装于飞轮轴的中心，且位于交换曲轴和动力曲轴之间，交换活塞和动力活塞分别通过连杆与交换曲轴或动力曲轴连接。

进一步的，所述热源包括热水池、以及位于热水池中的热水，相变热柱的热端位于热水池内。

进一步的，所述交换活塞安装于交换气缸内，交换活塞的外径小于交换气缸的内径，交换活塞与腔体的内壁形成间隙。

进一步的，所述相变热柱的冷端焊接有圆形铜板，圆形铜板通过导热胶与气缸的下表面连接。

进一步的，所述气缸的主体采用PC塑胶制备，气缸的上下表面采用镀镍碳素钢材制成。

进一步的，所述连杆、支柱、飞轮轴、交换曲轴、动力曲轴和飞轮采用镀镍碳素钢材制成。

进一步的，所述交换活塞和动力活塞采用PVC泡棉制成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

利用相变热柱作为斯特林发电机的载热系统，可以提高斯特林发电机工作效率，延展其应用范围，尤其是太阳能、工业余热等发电的应用。热气缸和动力气缸采用透明设计，可以直观的观察斯特林发动机的工作原理及工作过程，让学习者更易于理解和接受其工作原理，了解气体状态变化和温度、内能和做功之间的关系，分析卡诺循环及其效率分析及优化。该模型作教学用演示实验及教学用分组实验，操作简单，易实现。

附图说明

图1为本实用新型所述的斯特林发动机模型的纵向剖面图。

图2为本实用新型所述的斯特林发动机模型的侧视图。

图中标号说明：热源1、相变热柱2、交换气缸3、动力气缸4、交换活塞5、动力活塞6、支柱7、飞轮轴8、交换曲轴9、动力曲轴10、飞轮11、连杆12、圆形铜板13。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参见图1和图2，本实用新型所述的一种采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，包括热源1、相变热柱2、气缸、活塞、支柱7和飞轮组件。

其中，所述相变热柱2的底端为热端且与所述热源1接触，相变热柱2的顶端为冷端且与气缸的下表面相连。

所述气缸包括彼此连通的交换气缸3和动力气缸4，交换气缸3的内部设有交换活塞5，且通过所述交换活塞5将交换气缸3分隔为上端的热气室和下端的冷气室，所述冷气室和热气室之间具有用于传热介质通过的间隙；在交换气缸3上端面的偏一侧处安装有动力气缸4，动力气缸4的内部设有动力活塞6，所述动力活塞6与动力气缸4的内壁紧密贴合；

所述飞轮组件包括两根支柱7、飞轮轴8、交换曲轴9、动力曲轴10和飞轮11；所述支柱7设置于交换气缸3的顶面、飞轮轴8的两端分别装配于两根支柱7上端的侧孔内，交换曲轴9和动力曲轴10固定安装于飞轮轴8上，所述飞轮11安装于飞轮轴8的中心，且位于交换曲轴9和动力曲轴10之间，交换活塞5和动力活塞6分别通过连杆12与交换曲轴9或动力曲轴10连接。

所述热源1包括热水池、以及位于热水池中的热水，相变热柱2的热端位于热水池内。所述交换活塞5安装于交换气缸3内，交换活塞5的外径小于交换气缸3的内径，交换活塞5与腔体的内壁形成间隙。

所述相变热柱2的冷端焊接有圆形铜板13，圆形铜板13通过导热胶与气缸的下表面连接；所述气缸的主体采用PC塑胶制备，气缸的上下表面采用镀镍碳素钢材制成；所述连杆12、支柱7、飞轮轴8、交换曲轴9、动力曲轴10和飞轮11采用镀镍碳素钢材制成；所述交换活塞5和动力活塞6采用PVC泡棉制成。

本实用新型的过程如下：

使用时，将本使用新型的相变热柱2的热端放于温度为60℃的水中，水温使相变热柱2内部介质发生液-气相变，介质吸收热量，由液态变成气态，并迅速传递到热柱冷端，此时介质由气态转变为液态，并放出热量，此热量通过圆形铜板13传递给斯特林发电机气缸内部的氦气，使其体积膨胀。几分钟内整个缸体下部成为热气室，上部为冷气室。给活塞一个初速度，两个活塞相互移动，工作介质在交换气缸3和动力气缸4之间来回流动，完成定容吸热、定温膨胀、定容放热和定温压缩等四个过程，并周而复始，形成往复运动，从而可以产生动力，飞轮11连续转动起来。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，其特征在于：包括热源、相变热柱、气缸、活塞、支柱和飞轮组件；所述相变热柱的底端为热端且与所述热源接触，相变热柱的顶端为冷端且与气缸的下表面相连；

所述气缸包括彼此连通的交换气缸和动力气缸，交换气缸的内部设有交换活塞，且通过所述交换活塞将交换气缸分隔为上端的热气室和下端的冷气室，所述冷气室和热气室之间具有用于传热介质通过的间隙；在交换气缸上端面的偏一侧处安装有动力气缸，动力气缸的内部设有动力活塞，所述动力活塞与动力气缸的内壁紧密贴合；

所述飞轮组件包括两根支柱、飞轮轴、交换曲轴、动力曲轴和飞轮；所述支柱设置于交换气缸的顶面、飞轮轴的两端分别装配于两根支柱上端的侧孔内，交换曲轴和动力曲轴固定安装于飞轮轴上，所述飞轮安装于飞轮轴的中心，且位于交换曲轴和动力曲轴之间，交换活塞和动力活塞分别通过连杆与交换曲轴或动力曲轴连接。

2.根据权利要求1所述的采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，其特征在于：所述热源包括热水池、以及位于热水池中的热水，相变热柱的热端位于热水池内。

3.根据权利要求1所述的采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，其特征在于：所述交换活塞安装于交换气缸内，交换活塞的外径小于交换气缸的内径，交换活塞与腔体的内壁形成间隙。

4.根据权利要求1所述的采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，其特征在于：所述相变热柱的冷端焊接有圆形铜板，圆形铜板通过导热胶与气缸的下表面连接。

5.根据权利要求1所述的采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，其特征在于：所述气缸的主体采用PC塑胶制备，气缸的上下表面采用镀镍碳素钢材制成。

6.根据权利要求1所述的采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，其特征在于：所述连杆、支柱、飞轮轴、交换曲轴、动力曲轴和飞轮采用镀镍碳素钢材制成。

7.根据权利要求1所述的采用相变热柱低温驱动的斯特林发动机模型，其特征在于：所述交换活塞和动力活塞采用PVC泡棉制成。